3D tisk „lepicí pistole“ může generovat kostní štěpy přímo na zlomeniny

Vědci vyvinuli nástroj vyrobený z modifikované lepicí pistole, která může během chirurgického zákroku přímo na zlomeninách a defektech 3D tiskové kostní štěpy přímo na zlomeniny a defekty.

Nástroj, popsán v časopise Zařízeníbyl testován u králíků, aby se rychle vytvořil komplex kostní implantáty Bez potřeby prefabrikátování předem. A co víc, tým optimalizoval 3D potištěné štěpy pro vysokou strukturální flexibilitu, uvolňování protizánětlivých antibiotik a podpora přirozeného růstu kostí v místě roubování.

Historicky byly kostní implantáty vyrobeny z kovového, dárcovského kosti nebo dokonce nedávno 3D tištěného materiálu. V případě nepravidelných kostních zlomů však musí být tyto implantáty navrženy a vyrobeny před operací, aby bylo možné vhodné.

„Naše navrhovaná technologie nabízí zřetelný přístup vývojem tiskového systému in situ, který umožňuje výrobu a aplikaci lešení v reálném čase přímo na Chirurgické místo“říká Jung Seung Lee, spoluautor a docent biomedicínského inženýrství na Sungkyunkwan University.

„To umožňuje vysoce přesné anatomické porovnávání i v nepravidelných nebo komplexních defechtech bez nutnosti předoperačního přípravy, jako je zobrazování, modelování a ořezávací procesy.“

Materiál přiváděný do lepicí pistole je vlákno složené ze dvou hlavních složek: rys přírodní kosti, o kterém je známo, že podporuje hojení zvané hydroxyapatit (HA) a biokompatibilní termoplastic zvaný polycaprolacton (PCL).

PCL může zkapalnit teploty až 60 ° C, což je při aplikaci lepicí pistolí modifikované tepelně dostatečně chladné, aby se zabránilo poškození tkáně Během chirurgické aplikace a zároveň být schopen přizpůsobit se zubatým drážkám zlomené kosti.

Úpravou podílu HA na PCL v rámci vlákna může tým přizpůsobit tvrdost a sílu štěpů tak, aby vyhovovala různým anatomickým potřebám.

„Protože je zařízení kompaktní a ručně ovládáno, může chirurg během procedury v reálném čase upravit směr tisku, úhel a hloubku,“ říká Lee.

„Také jsme prokázali, že tento proces by mohl být dokončen během několika minut. To zdůrazňuje významnou výhodu, pokud jde o zkrácení operativního času a zlepšení procesní účinnosti za reálných chirurgických podmínek.“

Protože infekce je běžným problémem chirurgických implantátů, vědci začlenili do vlákna vankomycin a gentamicin, dvě antibakteriální sloučeniny.

V Petriho misce kultuře a tekutém médiu vlákno lešení úspěšně inhibovalo růst E. coli a aureus, což jsou dvě běžné bakterie náchylné k infekci po operaci. Kvůli fyzikálním vlastnostem HA a PCL v rámci vlákna jsou léky uvolňovány pomalu a jsou schopny rozptýlit přímo na chirurgické místo po dobu několika týdnů.

„Tento lokalizovaný přístup dodávání nabízí smysluplné klinické výhody oproti systémovému podávání antibiotik tím, že potenciálně snižuje vedlejší účinky a omezí rozvoj rezistence na antibiotika, přičemž stále účinně chrání před pooperační infekcí,“ říká Lee.

Jako důkaz konceptu bylo zařízení testováno na těžkých zlomeninách femorálních kostí u králíků. Do 12 týdnů po operaci tým nezjistil žádné známky infekce nebo nekrózy a větších výsledků regenerace kostí ve srovnání s králíky roubovanými kostním cementem – těsnicí sloučenina běžně používaná k léčbě kostních defektů.

„Lešení bylo navrženo nejen tak, aby se biologicky integrovalo s okolní kostní tkáni, ale také se postupně degradovalo v průběhu času a bylo nahrazeno nově vytvořenou kostí,“ říká Lee.

„Výsledky ukázaly, že tisková skupina vykazovala vynikající výsledky v klíčových strukturálních parametrech, jako je plocha povrchu kostí, tloušťka kortikálního a polárního okamžiku setrvačnosti, což naznačuje účinnější hojení a integraci kostí.“

Dále se tým zaměřuje na optimalizaci antibakteriálního potenciálu lešení ještě dále a připravuje postup pro lidské pokusy.

„Klinické přijetí bude vyžadovat standardizované výrobní procesyOvěřené protokoly sterilizace a předklinické studie ve velkých zvířecích modelech, které splňují standardy schválení regulačních, “říká Lee.

„Pokud jsou těchto kroků úspěšně dosaženy, vidíme, že se tento přístup stává praktickým a okamžitým řešením pro opravu kostí přímo v operačním sále.“